(57)【要約】【課題】  基板の上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する工程において、低荷重で高速に金属膜を研磨し、かつスクラッチ、ディッシング等研磨面の欠陥の発生も抑制できる半導体基板の製造方法および研磨装置を提供する。【解決手段】  ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物を用い、研磨パッドの研磨面と研磨対象物の被研磨面との間に前記研磨組成物を供給し、前記研磨面を前記被研磨面に繰り返し磨り合せるようにして該被研磨面の研磨加工を行う工程において、研磨加工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面に到達するのを防止するよう該研磨廃液を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法。【選択図】  図３
2005129823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物を、研磨パッドの研磨面と研磨対象物の被研磨面との間に供給し、前記研磨面を前記被研磨面に繰り返し磨り合せて該被研磨面の研磨加工を行う工程において、研磨加工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面に到達する前に該研磨廃液を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２】
一方向に回転する回転定盤と、この回転定盤上に貼付された研磨パッドと、この研磨パッドの研磨面に被研磨面が対向する研磨対象物を回転保持する前記回転定盤より小径の保持盤と、前記研磨面と前記被研磨面との磨り合わせ部分に前記研磨組成物を供給する研磨液供給部とを備えて行う研磨加工工程において、前記磨り合わせ部分の回転定盤の回転方向後方側に前記研磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去する液排出機構を設けたことを特徴とする製造方法。
【請求項３】
前記液排出機構が、研磨面を半径方向に横断する回収板と、この回収板の近傍に吸引スリットを備えていることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
該組成物が、実質的に砥粒を含まないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に形成された金属膜の研磨に用いられる研磨組成物、およびそれを用いてなる半導体基板上の金属膜の研磨方法、ならびに半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ技術の急速な進展により、集積回路は益々微細化や多層配線化の傾向にある。集積回路における多層配線化は、半導体表面の凹凸が極めて大きくなる要因であり、上記凹凸の存在により、配線切れや局所的な抵抗値の増大を招き、断線による電流容量の低下などをもたらしたり、耐圧劣化やリークの発生を招いたりするという問題が生じる。また、凹凸の存在により半導体露光装置の焦点深度が実質的に浅くなるため、歩留まり及び信頼性を向上させるために解像度を増大させようとすると、焦点深度がより一層浅くなってしまい、加工が困難であるという問題がある。
【０００３】
解像度を増大させた微細加工を容易に行い得るためには半導体デバイス側の平坦化が必要であり、このため、これまでに多層配線基板における金属配線や層間絶縁膜を平坦化する種々の加工技術が開発されてきており、その一つにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ：化学機械的研磨）技術がある。ＣＭＰ技術は、半導体製造において層間絶縁膜の平坦化、埋め込み配線形成、プラグ形成等に必要となる技術である。
ＣＭＰは、キャリヤーに装着された通常半導体材料からなる平坦なウエハを、湿った研磨パッドに対し一定の圧力で押し付けながらキャリヤーおよび研磨パッド各々を回転することにより行われる。この時ウエハと研磨パッドの間に導入される研磨組成物により、配線や絶縁膜の凸部が研磨され平坦化がなされる。
【０００４】
従来、半導体基板の金属膜の研磨には種々の研磨組成物や研磨方法の提案がなされている。非特許文献1の土肥俊郎ら著「半導体平坦化ＣＭＰ技術」（1998年７月、工業調査会発行）２３５頁に示されているように、金属のＣＭＰでは研磨用組成物中の酸化剤により金属の表面を酸化し不動態化し、ｐＨを酸性にするなどしてわずかに金属が腐蝕する（エッチング）条件下で研磨パッドと砥粒で研磨が行われる。例えば半導体基板上に形成されたアルミニウム等金属膜の研磨組成物としては、酸化アルミニウムをｐＨ３以下の硝酸水溶液中に分散してなる研磨組成物の特許文献１（米国特許第４, ７０２, ７９２号明細書）や、酸化アルミニウムや酸化ケイ素を硫酸、硝酸、酢酸等の酸性水溶液と混合してなる研磨組成物の特許文献２（米国特許第４, ９４４, ８３６号明細書）がある。また、酸化アルミニウムを過酸化水素とリン酸水溶液中に分散した研磨組成物の特許文献３（米国特許第５, ２０９, ８１６号明細書）など、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素等の砥粒と、過酸化水素等の酸化剤よりなる研磨組成物が通常使用されている。
【０００５】
しかしながら、半導体基板上の金属膜の平坦化に酸化アルミニウムを用いた場合、α型では高い研磨速度を示す反面、金属膜や絶縁膜の表面にマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥を発生させることがあった。一方、γ型や非晶質アルミナまたは酸化ケイ素等の砥粒を用いた場合、金属膜や絶縁膜の表面のマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥発生を抑えることができるが、金属膜の研磨に際して十分な研磨速度が得られないという問題があった。
【０００６】
そこで研磨速度を高めるために、例えば研磨圧力（荷重）を高めることが行われるが、これは通常研磨組成物中に含まれる砥粒とパッドによる機械的研磨作用を高めることを狙ったものであるが、このように研磨荷重を高くすると、基板へのストレスが増大するため、今後主流となるポーラス型低誘電率絶縁膜のような強度に問題がある材料の場合、基板上に形成された絶縁膜の破壊が起こり、研磨中に金属膜が剥離する等の問題が起こる。また、研磨荷重の増大に伴いパッド表面の劣化がより進み易くなり、これまで以上に頻繁にパッドのドレッシングを行わなければならず、工程がさらに煩雑になるだけでなくパッドの消耗も激しくなるため、高価なパッドを頻繁に交換する必要が生じるなどプロセスコストがさらにかさむという問題があった。
【０００７】
ここでドレッシングとは、微細なダイヤモンド等を表面に埋め込んだコンディショナーと呼ばれる円盤もしくはリング状のものを用いてパッドの表面を細かく起毛する操作であり、研磨組成物中の砥粒はこの毛間に保持されることで所望の研磨速度が発現する。また、表面の毛羽立ちは、基材とのクッションとして働き、砥粒と基板との摩擦で生じる無用なスクラッチを防止する等の役割を果たす。この他、研磨パッドは従来、研磨組成物中の砥粒の保持性を高めるために発泡構造を有しているが、研磨の進行に伴い砥粒がこの穴に埋め込まれ、新しい砥粒との置換が起きなくなり、次第に研磨速度が低下する等、経時の研磨性能劣化という問題があり、これを防止するためパッド表面のリフレッシュを目的にもドレッシングが行われる。
【０００８】
このように、砥粒を含有する研磨組成物の場合、特にこのドレッシング操作は、研磨性能を左右する重要な工程であるが、前述のようにこの操作によるパッドの表面状態の管理は難しく、荷重が高まるとパッド表面の影響を受け易くなることから研磨性能の制御はより一層困難なものとなり、極力パッド表面の影響を受けないプロセスが求められていた。
研磨中の研磨パッドの研磨性能劣化を改善する方法として例えば、研磨加工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面に到達するのを防止するよう該研磨廃液を除去する研磨装置の特許文献4（特開平８−２９４８６１）が提案されているが、該装置のみでは上述の研磨荷重に起因する問題点を本質的に解決することはできない。
【０００９】
一方、このような機械的研磨の要素を低減し、化学エッチング性を高めることにより低い研磨荷重における研磨速度を高めることも行われている。例えば、前述のように液状酸化剤である過酸化水素を用いた場合や、過硫酸アンモニウム等の金属エッチャントを用いた場合の特許文献５（特開平６-３１３１６４号公報）、ウェットエッチングが過度に進むことによりディッシング（例えば、後述する図１（Ｄ）を用いて説明すると、基板１上の絶縁膜２に形成された溝に埋め込まれる金属膜４の中央部分が周辺部分より過剰に研磨され凹む現象）やピット、ボイド等の欠陥が発生するなど実用化に際し問題があった。
【００１０】
これを改良する目的で、研磨用組成物中に金属膜表面に保護膜を形成する化学試薬（キレート剤等）を添加する方法も特許文献６（特開平８-８３７８０号公報、特開平１１-１９５６２８号公報）に提案されている。しかしながらこのようなキレート剤を用いると、確かにエッチングが抑制されディッシング等の発生を防止することができるが、研磨すべき部位にも保護膜が形成されるため研磨速度が極端に低下するという問題が生じる。これを防ぐためエッチング剤やキレート剤の種類や使用量を適正化する試みもなされているが、両者の性能を満足する条件を見出すことは難しく、プロセス条件の影響も受け易くなり再現性のある結果が得られないという問題がある。そこで、高い研磨速度を得るために研磨荷重を高め保護膜を除去することも行われるが、前記と同様高荷重研磨由来の問題が発生する。
このように、低荷重で高速研磨を行うことを可能にし、かつディッシングやマイクロスクラッチ等の欠陥を生じない研磨方法の実現に対して業界からの強い要望がある。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，７０２，７９２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，９４４，８３６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２０９，８１６号明細書
【特許文献４】特開平８−２９４８６１
【特許文献５】特開平６−３１３１６４号公報
【特許文献６】特開平８−８３７８０号公報
【特許文献７】特開平１１−１９５６２８号公報
【非特許文献１】土肥俊郎ら著、「半導体平坦化ＣＭＰ技術」、初版、工業調査会発行、1998年７月１５日、２３５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
基板の上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する工程において、低荷重で高速に金属膜を研磨し、かつスクラッチ、ディッシング等研磨面の欠陥の発生も抑制できる半導体基板の製造方法および研磨装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、  ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物を用い、研磨パッドの研磨面と研磨対象物の被研磨面との間に前記研磨組成物を供給し、前記研磨面を前記被研磨面に繰り返し磨り合せるようにして該被研磨面の研磨加工を行う工程において、研磨加工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面に到達するのを防止するよう該研磨廃液を除去する方法が有効であることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は以下の通りである。
１）  ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物を、研磨パッドの研磨面と研磨対象物の被研磨面との間に供給し、前記研磨面を前記被研磨面に繰り返し磨り合せて該被研磨面の研磨加工を行う工程において、研磨加工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面に到達する前に該研磨廃液を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法。
２）  一方向に回転する回転定盤と、この回転定盤上に貼付された研磨パッドと、この研磨パッドの研磨面に被研磨面が対向する研磨対象物を回転保持する前記回転定盤より小径の保持盤と、前記研磨面と前記被研磨面との磨り合わせ部分に前記研磨組成物を供給する研磨液供給部とを備えて行う研磨加工工程において、前記磨り合わせ部分の回転定盤の回転方向後方側に前記研磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去する液排出機構を設けたことを特徴とする製造方法。
３）  前記液排出機構が、研磨面を半径方向に横断する回収板と、この回収板の近傍に吸引スリットを備えていることを特徴とする上記２）に記載の製造方法。
４）  前記ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれか１項に記載の製造方法。
５）  該組成物が、実質的に砥粒を含まないことを特徴とする上記１）〜３）のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
基板の上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する工程において、低荷重で高速に金属膜を研磨し、かつスクラッチ、ディッシング等研磨面の欠陥の発生も抑制できる半導体基板の製造方法および研磨装置を提供するものであり、産業上の利用価値は甚だ大きなものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明について、以下に具体的に説明する。
本発明において低荷重とは１５０ｇ／ｃｍ２以下を意味し、高速研磨とは概ね３００nm/分以上の研磨速度を意味する。
本発明の金属用研磨組成物は、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有して成る。本発明の研磨組成物は、後述する通り本件発明の効果を阻害しない範囲で、あるいは目的に応じて、通常用いられている研磨粒子や添加剤等の成分を含むが、基本的に上記３成分のみでも本発明の目的を達成できることが特徴である。即ち、本発明の研磨組成物は、実質的に砥粒を含まないでも優れた研磨性能を示すという特徴を有する。ここで、実質的に砥粒を含まないとは、研磨組成物全質量中に占める砥粒の質量の割合が、１％未満である状態を言う。
【００１７】
本発明で用いられるポリオキソ酸は、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ等の元素から成る酸素酸が縮合したものであり、イソポリ酸とヘテロポリ酸がこれに当たる。イソポリ酸は前記ポリオキソ酸の構成元素のうち、単一の元素からなる縮合酸素酸のことであり、ポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸、ポリチタン酸、ポリニオブ酸、ポリタンタル酸等が挙げられる。これらのうち金属研磨を目的とした本発明の場合、得られる金属用研磨組成物の研磨速度の観点からポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸が好ましい。
【００１８】
ヘテロポリ酸は、前記イソポリ酸にヘテロ元素を中心元素として組み込むことによって得られるものであり、その構成は縮合配位元素、中心元素および酸素から成る。ここで縮合配位元素とは、前記ポリオキソ酸の構成元素を意味し、このうちＭｏ、Ｗ及びＶからなる群より選ばれた少なくとも1 種を含むものが好ましい例として挙げられ、その他Ｎｂ、Ｔａ等の元素を含んでも良い。また、ヘテロポリ酸の中心元素はＰ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｂ、Ｖ、Ｐｔ、ＢｅおよびＺｎからなる群より選ばれた１種であり縮合配位元素と中心元素の原子比（縮合配位元素／中心元素）は２．５〜１２である。
【００１９】
前述したヘテロポリ酸の具体例としては、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸、リンタングストモリブデン酸、ケイタングストモリブデン酸、リンバナドタングストモリブデン酸、ケイバナドタングストモリブデン酸、リンバナドタングステン酸、ケイバナドタングステン酸、リンモリブドニオブ酸、ホウモリブデン酸、ホウタングストモリブデン酸、ホウバナドモリブデン酸、ホウバナドタングステン酸、コバルトモリブデン酸、コバルトバナドタングステン酸、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、リンバナジン酸、ケイバナジン酸等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。前記ポリオキソ酸のうち、研磨用途として金属をエッチングするに足る十分な酸強度、酸化力の観点からヘテロポリ酸が好ましく、好適にはリンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、および更にこれらにバナジウムを導入したリンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸等を挙げることができる。
【００２０】
得られる金属用研磨組成物の酸性度を調整し研磨性能を制御する目的で、これらのポリオキソ酸に塩基性物質を添加し、ポリオキソ酸の一部または全部をポリオキソ酸塩として使用することも可能である。ポリオキソ酸塩は、上記ポリオキソ酸と金属、アンモニウム、有機アミン類との塩が挙げられる。
ただし、本発明における金属用研磨組成物の研磨速度の観点から、上記ポリオキソ酸は塩を形成しているものよりも酸型のものが好ましい。
本発明の金属用研磨組成物中のポリオキソ酸の含有量は、特に限定されるものではないが、好ましくは０．１〜３０質量％の範囲で使用され、さらに好ましくは０．５〜１５質量％の範囲である。高い研磨速度が得られるという観点から０．１質量％以上が好ましく、ディッシング抑制の容易さという観点から３０質量％以下が好ましい。
【００２１】
本発明の金属用研磨組成物にアニオン性界面活性剤を含有することにより、ポリオキソ酸による研磨対象金属のエッチングを抑制することが可能となり、研磨対象金属膜の平坦化、ディッシングの抑制などの研磨性能を有する金属用研磨組成物が得られる。
本発明に用いられるアニオン性界面活性剤としては特に制限はないが、脂肪酸またはその塩、アルキルスルホン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸またはその塩、ｐ−スチレンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩、ナフタレンスルホン酸またはその塩、ナフテン酸またはその塩等、アルキルエーテルカルボン酸またはその塩、α−オレフィンスルホン酸またはその塩、Ｎ−アシルメチルタウリン、アルキルエーテル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸またはその塩、アルキルエーテル燐酸エステルまたはその塩、アルキル燐酸エステルまたはその塩、アシル化ペプチド、ホルマリン重縮合物、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、モノグリサルフェート、第二級高級アルコールエトキシサルフェート、ジアルキルスルホコハク酸エステル塩等が挙げられる。
【００２２】
本発明においては、炭素−炭素二重結合（ベンゼン環を除く）を全く含まない飽和型のものが酸化による変質を受け難く経時の性能劣化が起こらないことから好ましく、アルキルスルホン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸またはその塩が好ましく用いられる。さらに好ましくはアルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホコハク酸、ポリオキシエチレンアルキル硫酸、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸が用いられる。
本発明における金属用研磨組成物のディッシング抑制の観点から、上記アニオン性界面活性剤は塩を形成しているものよりも酸型のものが好ましい。
【００２３】
本発明においては、前記アニオン性界面活性剤を１種単独で使用することもできるし、また その２種以上を併用することもできる。
本発明の研磨組成物に用いられるアニオン性界面活性剤の含有量は、その種類や使用するポリオキソ酸の種類や量によっても異なるが、好ましくは０．００１〜５０質量％の範囲で使用され、より好ましくは０．１〜２０質量％の範囲である。ディッシング抑制の観点からアニオン性界面活性剤の含有量は０．００１質量％以上が好ましく、また研磨速度の観点から５０質量％以下が好ましい。
【００２４】
本発明の金属用研磨組成物は、通常、水を媒体に用いる。ポリオキソ酸およびアニオン性界面活性剤の溶解は、一般に使用される撹拌翼を使用した攪拌により行なわれるが、ホモジナイザー、超音波、湿式媒体ミル等を用いて十分に撹拌することは好ましい。
本発明の金属用研磨組成物において、その研磨機構の詳細は明らかではないが、ポリオキソ酸のみを溶解させた研磨組成物を用いた場合、研磨対象金属に対するその高いエッチング性のため、極めて高い研磨速度が得られるが、金属膜表面の平坦化は起こらず、かつ、激しいディッシングも生じてしまうが、ポリオキソ酸にアニオン性界面活性剤を適した割合で混合し本発明の金属用研磨組成物とした場合、ポリオキソ酸の持つエッチング性が抑制され、研磨対象の金属膜の凸部が研磨パッドと接触する部分のみ研磨が進み、平坦な金属膜表面が得られ、ディッシングの発生も抑制されることが判った。このことから、アニオン性界面活性剤が何らかの作用により、ポリオキソ酸のエッチング性を抑制し、さらに研磨パッドと金属膜の凸部で生じる摩擦あるいは液膜に生じる高いシェアによって、アニオン性界面活性剤によるポリオキソ酸のエッチング性抑制効果が阻害され、金属膜の凸部のみ研磨が進行するものと推定している。
【００２５】
従って、本発明の研磨組成物は、従来、機械的研磨を目的に添加されていた砥粒を必要としないことが特徴であり、砥粒由来の問題点であった、凝集粒子による金属膜表面へのスクラッチや砥粒の沈降などが解消される。さらに、砥粒による機械的研磨を必要とする従来の研磨組成物では、研磨速度は研磨圧力に比例することが知られているが、本発明の研磨組成物を使用した場合、研磨速度は研磨圧力に比例するものではなく、研磨圧力のある一定の閾値以下では研磨は進行せず、該閾値を越える研磨圧力において急激に高い研磨速度が得られるという特徴がある。該閾値は本発明の研磨組成物の組成によって異なるが、該閾値が低い組成を選択することによって、低研磨圧力で高い研磨速度を得ることが可能となり、研磨時の研磨圧力による下地基板へのダメージ等の問題が解消される。
【００２６】
さらに、研磨パッドの研磨面と研磨対象物の被研磨面との間に本発明の研磨組成物を供給し、前記研磨面を前記被研磨面に繰り返し磨り合せるようにして該被研磨面の研磨加工を行う工程において、研磨加工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面に到達するのを防止するよう該研磨廃液を除去する製造方法を用いることによって、研磨再現性が高く、被研磨面内の研磨状態の均一性が高い、良好な研磨を行うことができることを見出した。このことは、研磨面に作用した研磨廃液は、新しく供給された研磨組成物とは化学エッチング効果が異なるものとなっており、その両者が制御されない条件下で混合され研磨面に作用する状態を防止し、研磨加工は常に新しく供給された研磨組成物よって行われる状態を作り出すことになり、該状態が本発明の研磨組成物を用いる場合において大きな効果があるものと推定している。
【００２７】
本発明の製造方法に用いる研磨装置の一例として該研磨装置の主要部の斜視図を図３に示した。該研磨装置は、一方向（図３の例ではＡの方向）に回転する回転定盤と、この回転定盤上に貼付された研磨パッドと、この研磨パッドの研磨面に被研磨面が対向するよう研磨対象物を回転保持する前記回転定盤より小径の保持盤（図３の例ではＢの方向に回転）と、前記研磨面と前記被研磨面との磨り合わせ部分に前記研磨組成物を供給する研磨液供給部とを備えており、前記磨り合わせ部分の回転定盤の回転方向後方側に前記研磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去する液排出機構が設けられている。該液排出機構は、研磨パッドの研磨面に接するよう設けられたゴム製のヘラ等によるものや、エアーブラシのように空気圧を利用したものや、あるいは研磨面を半径方向に横断する回収板と、この回収板の近傍に吸引スリットを備え、吸引により研磨廃液を回収するものなどが挙げられ、研磨パッドの微小な凹凸や研磨組成物ガイド溝などの研磨面の状態の影響を受けにくいという観点から、吸引により研磨廃液を回収する液排出機構が好ましい。図４は該液排出機構の一例の斜視図である（図４の例では研磨廃液はＣで示した方向へ流れてくる）。
【００２８】
即ち、該製造装置の例は、一方向に回転する回転定盤上の研磨パッドの研磨面と、保持盤に回転保持された被研磨部材の被研磨面との磨り合わせ部分に、研磨液を研磨液供給部から供給して化学的機械研磨加工を行い、磨り合わせ部分の回転定盤の回転方向後方側に研磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去する液排出機構を備えており、この研磨廃液を除去した後の研磨面に研磨組成物を再度供給して被研磨面の研磨加工を行うようにした方法であり、研磨加工は常に研磨廃液が除去された新しく供給された研磨組成物によって行われることになる。
【００２９】
即ち、本発明者らは、本発明の金属用研磨組成物を用い、上述の研磨廃液が再度研磨面に到達するのを防止するよう該研磨廃液を除去する方法を用いて研磨することにより、高速に且つスクラッチやディッシング、エロージョン等の被研磨面の欠陥発生を抑制した研磨が可能となり、さらに、研磨対象物（半導体ウエハ）の研磨面内の研磨状態の均一性（面内均一性）がきわめて良好であることを見出したのである。さらに、本発明によれば１５０ｇ／ｃｍ２以下という低荷重で前記性能が発現可能であることから、半導体基板に過大なストレスをかけることなく研磨が行えるため、膜強度が弱いポーラス型低誘電率絶縁膜を用いた半導体製造プロセスへの適用の可能性や、研磨パッドの表面状態管理等のプロセス管理の簡素化、およびパッド消耗の抑制に有効であると同時に、研磨対象物の表面の平坦化を向上し得る。
【００３０】
本発明の製造方法において使用できる研磨パッドとしては特に制限は無いが、好ましく用いられる研磨パッドの材質の例として、発泡ポリウレタン材や他の発泡樹脂材あるいは無発泡ポリウレタン材、ＡＢＳ樹脂材を含むビニル系コポリマー材などの無発泡高分子材などが挙げられるが、使用時の耐久性の観点から発泡ポリウレタン材および無発泡ポリウレタン材がさらに好ましい例として挙げられ、研磨廃液の回収の容易さの観点から、さらに好ましくは無発泡ポリウレタン材が挙げられる。
【００３１】
本発明の研磨組成物を用いる場合においては、機械的研磨を目的とした砥粒を必要としないために、砥粒を保持するためのパッドの発泡構造は必ずしも必要ではない。これにより、従来パッド表面上の微細孔に砥粒が目詰りすることが原因で発生していた研磨性能のバラツキや高価パッドの原因ともなっていた前記要因がなくなることから、ＣＭＰ行程におけるプロセスコストの大幅削減が可能となる。
【００３２】
本発明に用いる研磨パッドの研磨表面の研磨組成物ガイド溝としては従来用いられている直線間隔が１．５ｃｍほどの直交交差溝や同心円状溝、一例として図２に示されるような湾曲放射状溝などを用いることができる他、このような研磨組成物ガイド溝が全くない平面パッドを使用することもできる。
また、本発明では、１５０ｇ／ｃｍ２という低荷重で研磨することが特徴の一つでもあり、これによってパッド表面へのダメージも軽減されパッド表面状態の維持管理が容易となり、ひいては研磨性能のバラツキを抑える要因ともなる。
【００３３】
本発明の金属用研磨組成物に窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有させることはディッシングの抑制の観点から好ましい。窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物としては、シスチン、グリシン、グルタミン酸、アスパラギン酸、キナルジン酸、キノリン酸、ピコリン酸、ニコチン酸、ヒスチジンなどが好ましい例として挙げられる。
窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物の添加量は、研磨速度の観点からおよびディッシング抑制の効果発現の観点から、５０００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２００ｐｐｍ以下である。
【００３４】
本発明の金属用研磨組成物は、ディッシングの原因となる金属膜のエッチング性は極めて低いものであるため、当該業界において知られている保護膜形成剤を併用する必要はないが、研磨レートの低下が実用上許容される範囲内で、必要に応じて、該保護膜形成剤を添加し、更にエッチング性を抑制することも可能である。特に金属が銅もしくは銅を主成分とする銅合金の場合、ベンゾトリアゾールやトリルトリアゾール、ベンゾトリアゾールカルボン酸等のベンゾトリアゾール誘導体やグルコース、ドデシルメルカプタン等を好ましい一例として挙げることができる。これらの保護膜形成剤の添加量は、研磨速度の観点からおよびディッシング抑制の効果発現の観点から、５００ｐｐｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下である。
【００３５】
本発明の金属用研磨組成物に水溶性高分子化合物および／または多価アルコール化合物を含有させることは、得られる研磨面の研磨の均一性を向上させる観点から好ましい。
本発明で用いられる水溶性高分子としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル等のエーテル類；ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびポリアクロレイン等のビニル系ポリマー；ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアミド酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩等のポリカルボン酸およびその塩；メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、硫酸セルロース、ペクチン等の多糖類、他ではゼラチン、でんぷん、アルブミン等が好ましい例として挙げられ、ポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、がより好ましい例として挙げられる。
【００３６】
本発明において多価アルコール化合物とは上記の水溶性高分子化合物以外の低分子化合物であって、一分子内に複数の水酸基を有する化合物をいい、エチレングリコール、グリセリン、プロパンジオール、ペンタエリスリトール、果糖、ショ糖、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが好ましい例として挙げられ、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールがより好ましい例として挙げられる。
本発明の金属用研磨組成物に用いられる水溶性高分子化合物および／または多価アルコール化合物の含有量は、その種類や使用するポリオキソ酸の種類や量によっても異なるが、好ましくは０．０１〜５０質量％の範囲であり、より好ましくは０．１〜２０ｗｔ％の範囲である。即ち、添加効果発現の観点から０．０１質量％以上が好ましく、添加による粘度の上昇の観点から５０質量％以下が好ましい。
【００３７】
本発明の金属用研磨組成物は、上述の通り、通常機械的研磨を目的に使用される砥粒を含まないでも目的とする研磨を行うことができるが、更に研磨速度を高める目的で砥粒を用いることも可能である。その際用いられる砥粒としては、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、酸化マグネシウム等の無機粒子、有機ポリマー、非晶質炭素、カーボンブラック等の有機粒子が挙げられるが、このうち好適にはコロイダルアルミナ、コロイダルシリカである。
本発明の金属用研磨組成物は、半導体基板上に形成された金属膜の研磨、平坦化に適用される。研磨対象となる半導体基板上の金属膜は、公知の配線用、プラグ用、コンタクトメタル層用、バリヤーメタル層用金属膜であり、例えばアルミニウム、銅、タングステン、チタニウム、タンタル、アルミニウム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒化タンタル等からなる群より選ばれる金属膜等が挙げられる。特に表面硬度が低く、傷やディシングといった欠陥が生じ易い銅および銅合金からなる金属膜への適用が推奨される。
【００３８】
図１（Ｃ）に示すように、配線用の金属膜４を埋め込むことにより得られた半導体基板について、図１（Ｄ）に示すように溝または開口部以外の余分な金属膜を、本発明の金属用研磨組成物を用いて研磨することにより取り除き平坦化する。
本発明の半導体基板の製造方法は、シリコン基板等の半導体基板上の金属膜を本発明の金属用研磨組成物を用いて研磨するプロセスを含むことを特徴とする。
【００３９】
以下、半導基板の製造方法の一例の概要について説明する。
初めに、図１（Ａ）のようにシリコン基板等の半導体基板上１に絶縁膜２を形成した後に、フォトリソグラフィー法およびエッチング法で絶縁膜２に金属配線用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。次に図１（Ｂ）に示すように、絶縁膜２に形成した溝あるいは開口部にスパッタリングやＣＶＤ等の方法により窒化チタニウム（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等よりなるバリヤーメタル層３を形成する。次に図１（Ｃ）に示すように、厚みが絶縁膜２に形成した溝または開口部の高さ以上となるように配線用の金属膜４を埋め込む。次に図１（Ｄ）に示すように、溝または開口部以外の余分な金属膜を本発明の金属用研磨組成物を用いて研磨する方法により取り除く。さらに、得られた該平坦化された表面上に絶縁膜を形成し上記の方法を必要回数繰り返すことにより、電子部品として多層配線構造を有する半導体基板を得ることができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらによって制限されるものではない。
研磨組成物の特性および研磨性能の評価は以下の方法で行った。
＜研磨速度測定＞
研磨前後の金属膜厚の変化を研磨時間で除することにより算出した。
研磨条件は、研磨圧力５０ｇ／ｃｍ２、基板と研磨パッドとの相対速度が５０ｍ／分、研磨パッドとしてＩＣ１４００Ａ２１（ロデールニッタ社製）または無発泡ＡＢＳ樹脂製で図２に示す溝を有する研磨パッドを１００番のドレッサーにてドレッシングして用い、該研磨パッドに金属用研磨組成物を５０ｍｌ／分の速度で滴下しつつ、銅膜（厚み：１μｍ）付き４インチシリコンウエハを研磨して行った。
＜表面欠陥（スクラッチ）評価＞
上記＜研磨速度測定＞で研磨したシリコンウエハを洗浄し乾燥した後、該半導体ウエハ表面に暗室にてスポットライトを当て、目視でスクラッチの有無を判定した。
【００４１】
＜ディッシング評価＞
上記＜研磨速度測定＞で研磨したシリコンウエハを洗浄し乾燥した後、５０μｍ間隔のライン＆スペース部を卓上小型プローブ顕微鏡：Ｎａｎｏｐｉｃｓ（セイコーインスツルメンツ社製）を用い測定することにより、スペース部に埋め込まれたＣｕ表面のディッシング量を計測した。なお、このディッシング評価においては、測定した研磨速度から所定の膜厚を完全に研磨するのに要する時間を割り出し、さらにその値の１０％長い時間（１０％オーバー研磨）を研磨時間とした。
【００４２】
＜面内均一性評価＞
前記研磨条件にて研磨したシリコンウエハを洗浄し乾燥した後、ウエハ表面に暗室にてスポットライトを当て、目視でウエハ表面全体の研磨状態の均一性を判定した。
◎：均一性極めて良好
○：均一性良好
△：部分的に不均一な研磨状態が確認される
×：均一性不良
【００４３】
［研磨組成物調整例１］
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸（商品名ＰＶＭ−１−１１  日本無機化学工業社製）１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸（商品名：ネオペレックスＧＳ  花王製）１ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで研磨組成物（Ａ）を得た。
［研磨組成物調整例２］
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン（和光純薬工業製）０．０２ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで研磨組成物（Ｂ）を得た。
【００４４】
［研磨組成物調整例３］
ポリオキソ酸としてケイモリブデン酸（商品名ＳＭ  日本無機化学工業製）１０ｇを水１８９ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸０．４ｇ、ヒスチジン０．０２ｇ、キナルジン酸（和光純薬工業製）０．０１ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで研磨組成物（Ｃ）を得た。
［研磨組成物調整例４］
ポリオキソ酸としてリンバナドタングステン酸（商品名ＰＶW−１−１１  日本無機化学工業製）１２ｇを水１６７ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン０．０３ｇ、ジエチレングリコール（和光純薬工業製）２０ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで研磨組成物（Ｄ）を得た。
【００４５】
［金属用研磨組成物調整例５］
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸１２ｇを水１７７ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン０．０２ｇ、ポリエチレングリコール（平均分子量８０００  和光純薬工業製）１０ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで研磨組成物（Ｅ）を得た。
［研磨組成物調整例６］
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸１２ｇを水１８５ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン０．０２ｇ、ヒドロキシエチルセルロース（和光純薬工業製）２ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで研磨組成物（Ｆ）を得た。
【００４６】
［研磨組成物調整例７］
リンバナドモリブデン酸４ｇを水１９６ｇに溶解させただけの研磨組成物（Ｇ）を得た。
［研磨組成物調整例８］
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸１２ｇを水１７７ｇに溶解させた後、カチオン性界面活性剤としてステアリルトリメチルアンモニウムクロライド（商品名コータミン８６Ｗ  花王製）０．５ｇ、ヒスチジン０．０２ｇ、ポリエチレングリコール（平均分子量８０００  和光純薬工業製）１０ｇを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物（Ｈ）を得た。
［研磨組成物調整例９］
クエン酸（和光純薬工業社製）６ｇを水１６２ｇに加え溶解し、これにベンゾトリアゾール０．４ｇをエタノール（和光純薬工業社製）３ｇに溶解して得られる溶液を加え、さらにこれにコロイダルシリカ（平均粒径４０ｎｍ、シリカ濃度２０％、日産化学工業社製）６０ｇを加え、最後に過酸化水素水（和光純薬工業社製、３０％水溶液）２８ｇを加えて研磨組成物（Ｉ）を得た。
【００４７】
［実施例１］
研磨組成物（Ａ）を用い、図３に示すような液排出機構を有する研磨装置を用い研磨を行った場合の結果を表１に示す。なお、この研磨には無発泡ＡＢＳ樹脂製で図２に示す溝を有する研磨パッドを用いた。
【００４８】
［実施例２］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｂ）を用いる以外は実施例１と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００４９】
［実施例３］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｃ）を用いる以外は実施例１と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５０】
［実施例４］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｄ）を用いる以外は実施例１と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５１】
［実施例５］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｅ）を用いる以外は実施例１と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５２】
［実施例６］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｆ）を用いる以外は実施例１と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５３】
［実施例７］
研磨組成物（Ａ）を用い、図３に示すような液排出機構を有する研磨装置を用い研磨を行った場合の結果を表１に示す。なお、発泡ポリウレタン製で直交交差型の研磨組成物ガイド溝を有する研磨パッド（ロデール・ニッタ社製ＩＣ１４００Ａ２１）を用いた。
【００５４】
［実施例８］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｂ）を用いる以外は実施例７と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５５】
［実施例９］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｃ）を用いる以外は実施例７と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５６】
［実施例１０］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｄ）を用いる以外は実施例７と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５７】
［実施例１１］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｅ）を用いる以外は実施例７と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５８】
［実施例１２］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｆ）を用いる以外は実施例７と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００５９】
［比較例１］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｇ）を用いる以外は実施例１と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００６０】
［比較例２］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｈ）を用いる以外は実施例１と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００６１】
［比較例３］
研磨組成物（Ａ）の代わりに研磨組成物（Ｉ）を用いる以外は実施例１と全く同様の研磨を行った場合の結果を表１に示す。
【００６２】
［比較例４］
図３の液排出機構を取り外した研磨装置を用いる以外は、比較例１と全く同様にして研磨を行った。結果を表１に示す。
【００６３】
［比較例５］
図３の液排出機構を取り外した研磨装置を用いる以外は、比較例２と全く同様にして研磨を行った。結果を表１に示す。
【００６４】
［比較例６］
図３の液排出機構を取り外した研磨装置を用いる以外は、比較例３と全く同様にして研磨を行った。結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
2005129823.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００６６】
基板の上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する工程において、低荷重で高速に金属膜を研磨し、かつスクラッチ、ディッシング等研磨面の欠陥の発生も抑制できる半導体基板の製造方法および研磨装置を提供するものであり、産業上の利用価値は甚だ大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】ＣＭＰ技術を用いた金属配線の形成例を示す概略断面図。
【図２】本発明の一実施例における研磨組成物ガイド溝の形状を示す平面図。
【図３】本発明の一実施例における要部の斜視図である。
【図４】本発明の一実施例における液排出機構の斜視図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  半導体基板
２  絶縁膜
３  バリヤーメタル層
４  金属膜
５  半導体ウエハ
６  研磨パッド
７  湾曲放射溝
８  定盤
８ａ  定盤回転軸
９  ウエハ保持盤
９ａ  ウエハ保持盤回転軸
１０  研磨パッド
１０ａ  研磨パッド研磨面
１１  半導体ウエハ
１１ａ  被研磨面
１２  研磨組成物供給管
１２ａ  研磨組成物供給管先端部
１３  液排出装置
１３ａ  液排出装置先端部
１３ｂ  液排出管
１４  回収板
１５  吸引スリット
【図１】
2005129823.tif 000004
【図２】
2005129823.tif 000005
【図３】
2005129823.tif 000006
【図４】
2005129823.tif 000007